실리콘 밸리의 스타트업 Sakuu는 모든 모양과 크기의 전고체 배터리를 대량 생산할 수 있는 3D 프린팅 플랫폼을 개발하여 마침내 기술의 많은 이점을 활용할 수 있게 되었다.

 

Sakuu의 설립자이자 CEO인 Robert Bagheri는 "우리는 우리의 새로운 Kavian 플랫폼을 사용하여 전고체 배터리를 대규모로 제조할 수 있는 유일한 알려진 솔루션을 가지고 있다고 믿는다."라고 말했다.

 

고체 배터리: 오늘날 대부분의 배터리 구동 장치는 리튬 이온 배터리를 사용하는데, 이 배터리는 빠르게 열화되고 충전하는 데 오랜 시간이 걸리며 때때로 화재가 발생할 수 있다. 이로 인해 전기 자동차(EV), 재생 가능 에너지 저장 장치 및 기후 변화에 대처하기 위한 기타 용도에 적합하지 않다.

 

고체 배터리는 리튬 이온의 우위에 도전할 수 있다.

기본 부품은 동일하다. 양전하를 띤 음극, 음전하를 띤 양극, 둘 사이의 분리막, 음극에서 양극으로 전류를 전달하는 전해질(배터리가 충전 중일 때는 그 반대)이다.

고체 배터리의 차이점은 전해질이다. 액체나 젤이 아닌 고체 물질이다.

 

중요한 이유: 전고체 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 많은 장점이 있다. 즉, 빠르게 열화되지 않고 충전 시간이 짧으며 안전 위험이 적다.

또한 에너지 밀도가 더 높아 더 많은 에너지를 저장하거나 배터리 크기를 줄일 수 있다. 이것은 배터리 크기와 무게가 중요한 문제인 전기 자동차의 경우 엄청날 수 있다. 무거운 배터리는 범위에 큰 영향을 미친다.

 

 

Argonne National Laboratory의 에너지 저장 과학을 위한 협력 센터 소장인 Venkat Srinivasan은 Freethink의 Hard Reset에 "전고체 배터리는 제가 매우 흥분하는 가장 중요한 주제 중 하나라고 생각한다."라고 말했다.

 

과제: 이제 많은 신생 기업이 연구실에서 고체 배터리의 이점을 시연했으며 이러한 배터리가 심박 조율기, 스마트 워치 및 기타 소형 장치에 배치되는 것을 보았다.

 

하지만 스마트폰, EV 등에서 전고체 배터리를 사용하기 시작하려면 대량 생산할 수 있어야 한다. 아직 아무도 생산을 확장할 수 있는 상업적으로 실행 가능한 방법을 찾지 못했다.

"우리는 전고체 배터리를 대규모로 제조할 수 있는 유일한 알려진 솔루션을 가지고 있다고 믿는다."

 

로버트 바게리(ROBERT BAGHERI)

그 주된 이유는 리튬 이온 배터리를 대량 생산하는 데 자주 사용되는 유연한 기판 위에 배터리 구성 요소를 적층하는 방식이 전고체 배터리 부품을 결합하는 데 적합하지 않기 때문이다.

Sakuu의 마케팅 및 비즈니스 개발 부사장인 Dave Pederson은 "개별 재료 시트를 사용하여 이를 구축하려고 하면 특히 필요한 규모, 일반적으로 20~30미크론 두께에서 올바르게 작동하는 인터페이스를 얻기가 매우 어렵다."라고 말했다.

 

 

"그들은 다루기가 매우 어렵고 액체를 사용하지 않고 적절하게 만지는지 확인하는 것도 매우 어렵다."라고 그는 계속했다.

 

다양한 크기의 Sakuu 배터리 예

 

Sakuu 배터리의 예. 출처: Sakuu

새로운 기능: 개별 배터리 구성 요소를 층으로 쌓는 대신 Sakuu의 Kavian 플랫폼은 3D 프린팅을 사용하여 회사에서 "SwiftPrint"라고 부르는 프로세스인 리튬 이온, 리튬 금속 또는 고체 설계에 필요한 재료를 한 층으로 조립한다.

 

"Kavian 플랫폼은 세라믹, 유리, 금속 및 폴리머를 동일한 레이어에 인쇄할 수 있다."라고 Sakuu의 고객 지원 SVP인 Arwed Niestroj는 TCT Magazine에 말했다.

"기존의 적층 제조 프로세스는 각 3D프린팅 단계를 연속적으로 수행하는 반면 Kavian은 모든 단계를 병렬로 수행하여 에너지, 비용, 노동, 재료 및 시간을 절약하는 동시에 품질과 신뢰성을 높이는 간소화된 모델을 가능하게 한다."라고 그는 덧붙였다.

 

선도적인 리튬 이온 배터리와 비교하여 Sakuu는 자사의 고체 배터리가 50% 더 작고 40% 더 가볍다고 말한다. 한편 Kavian 플랫폼 자체는 리튬 이온 배터리 제조에 전통적으로 사용되는 장비보다 44% 더 작다.

 

"Kavian 플랫폼은 고체 배터리의 상업적 규모의 지속 가능한 생산을 가능하게 할 수 있다."

칼 리타우(KARL LITTAU)

Sakuu는 SwiftPrint를 통해 대규모 고체 배터리를 만들 수 있을 뿐만 아니라 제조업체가 배터리를 수용할 수 있는 장치를 설계하는 대신 사용자 정의 모양과 크기로 배터리를 생산할 수 있는 옵션을 제공하여 장치에 맞는 배터리를 설계할 수 있다고 말한다.

 

Sakuu는 2021년에 최초의 3D프린팅 고체 배터리를 공개했으며, 이제 이러한 배터리와 리튬 이온 및 리튬 금속 디자인을 다양한 모양으로 "성공적이고 일관되게" 인쇄할 수 있다고 발표했다. 파일럿 라인 시설에서 2022년에 문을 열었다.

 

“우리의 개발은 Kavian 플랫폼이 리튬 이온에서 리튬 금속, 고체 배터리에 이르기까지 광범위한 배터리 기술의 상업적 규모의 지속 가능한 생산을 가능하게 할 수 있음을 보여준다. 대량 생산을 방지할 수 있다.”라고 CTO인 Karl Littau가 말했다.

 

대형 3D 프린팅 플랫폼

             

Kavian 3D 프린팅 플랫폼. 출처: Sakuu

전망: Sakuu는 Kavian 플랫폼을 배터리 제조업체, 자동차 제조업체, 항공우주 개발업체 및 재생 에너지 회사를 포함한 다양한 고객에게 직접 판매할 것으로 예상한다.

2023년 1월 회사는 상업용 제조를 위한 "기가팩토리"를 설계하기 위해 포르쉐 자동차 제조업체의 자회사인 포르쉐 컨설팅을 고용했다고 발표했다. 첫 번째 시설에서는 리튬 금속 배터리를 생산할 예정이며, 후속 건설을 위해 전고체 배터리를 생산할 예정이다.

배터리용 3D 프린터로 가득 찬 대형 창고

 

Sakuu의 기가팩토리 중 하나가 어떻게 생겼는지에 대한 렌더링. 출처: Sakuu

Sakuu의 목표는 전 세계 파트너와 함께 기가팩토리를 여는 것이며 2030년까지 연간 200GWh의 배터리 용량을 제조할 수 있기를 희망한다. 이를 맥락에서 설명하자면, 전 세계 리튬 이온 배터리의 77%가 생산되는 중국은 연간 거의 900GWh를 생산한다.     

     

Sakuu가 그 목표를 달성할지 여부를 예측하기에는 너무 이르지만 기술을 효과적으로 확장할 수 있다면 다양한 전자 장치를 볼 수 있다. 3D 프린팅된 고체 배터리 덕분에 더 나은 용량과 더 적은 안전 문제로 EV를 포함한다.